Thế giới vừa ghi nhận một kỷ lục guinness mới thuộc về ống kính của chiếc máy ảnh “siêu to, siêu khổng lồ” nằm trong dự án kính thiên văn học của Chile.
Cận cạnh ống kính khổng lồ đặt tại phòng sạch ở vịnh San Francisco
Nếu mọi thứ suôn sẻ, chiếc máy ảnh sẽ trở thành trái tim cho Đài quan sát Vera C. Rubin trong tương lai ở Chile. Đây chính là thành quả sau 7 năm của đội ngũ kỹ sư của Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở Menlo Park, vịnh San Francisco, California. Kế hoạch đưa nó vào đài quan sát Vera C. Rubin - hiện đang trong giai đoạn xây dựng trên sa mạc cao nguyên phía bắc Chile - dự kiến diễn ra vào tháng 5/2023.
Mọi máy ảnh đều cần ống kính, ngay cả người khổng lồ này cũng vậy. Được sở hữu bởi chiếc máy ảnh lớn nhất thế giới nên ống kính của nó cũng phải là loại lớn nhất, với chiều ngang lên đến 1,57 mét (máy ảnh thông thường chỉ có đường kính dưới 90 mm), kích thước khủng như vậy đã giúp nó có ngay một kỷ lục Guinness. Sau khi được lắp đặt, chiếc máy ảnh sẽ hứng ánh sáng phản chiếu thông qua bộ 3 gương cũng được chế tạo đặc biệt.
Đằng sau ống kính là các máy dò, được tạo thành từ nhiều cảm biến CCD - đây là loại cảm biến giúp chuyển đổi hình ảnh quang học sang tín hiệu điện, phổ biến trong ngành thiên văn học. Khi tháo nắp ống kính ra có thể nhìn thấy máy dò dưới dạng lưới ô vuông màu xanh bạc, màu sắc khác nhau là do máy ảnh có hai nhà cung cấp riêng biệt. Cùng nhau, chúng có thể tạo ra hình ảnh có kích thước lên tới 3,2 gigapixels.
Máy dò của camera, những ô vuông màu xanh và xám trong ống len 1.5 mét
Các máy ảnh ngày nay thường chụp hình ảnh đo bằng megapixel (tương đương 1 triệu pixel), cho ra hình ảnh có độ phân giải từ khoảng 8-40 megapixels. 1 gigapixel tương đương với 1 ngàn megapixel hay bằng 1 tỷ pixel, và 3,2 Gigapixels tương đương với hơn 3 tỷ pixel. Thông số ấn tượng trên giúp chiếc máy ảnh có thể thâu tóm những chi tiết ảnh mà mắt thường không thể thấy được, khi cần có thể phóng to để kiểm tra mà không mất đi độ rõ ràng và sắc nét của hình ảnh.
Để có thể thực hiện những cú chụp liên tục, bộ phận máy dò cần được làm lạnh. Đó là lý do đội ngũ thiết kế lắp đặt một bó ống đằng sau máy ảnh, một vài ống là cho phần dữ liệu và năng lượng, nhưng đa số là ống nước cho hệ thống làm lạnh của máy dò. Chúng giúp bộ phận điều nhiệt có thể giảm nhiệt độ máy xuống khoảng -100 độ C, mức nhiệt mà có thể loại bỏ nhiều loại tiếng ồn gây ảnh hưởng đến CCD.
Máy dò không phải bộ phận duy nhất cần làm lạnh. Linh kiện điện tử mặt sau của máy ảnh thậm chí còn tạo ra mức nhiệt lên đến 1100 W, kỹ sư phải dùng chất lỏng làm lạnh bơm xuyên qua hệ thống. Mặc dù nó không cần đến bộ điều chỉnh nhiệt độ, nhưng các kiến trúc sư vẫn đang đau đầu để nghĩ ra giải pháp tối ưu. Gần đây, họ buộc phải đổi loại chất lỏng đang dùng, đồng nghĩa phải thay thế hoàn toàn hệ thống bơm.
Đài quan sát Vera C. Rubin
Ngoài ra, chiếc máy ảnh vẫn còn một số bộ phận quan trọng khác cần lắp ráp, điển hình như bộ lọc. Đối với kính thiên văn, chìa khóa quyết định vận hành thành công là các bộ lọc phải vừa với ống kính. Có tổng cộng 6 bộ lọc, mỗi cái được thiết kế để chỉ cho một bước sóng ánh sáng nhất định đi qua (chẳng hạn như tia cực tím hoặc tia cận hồng ngoại). 6 bộ lọc là sản phẩm của Massachusetts và Provence, Pháp, sau đó được chuyển đến phòng sạch tại California.
Chỉ có 5 cái được lắp đặt vào ống kính, cái còn lại sẽ được lưu giữ để thay thế. Quá trình lắp một bộ lọc vào giữa ống kính và máy dò tốn khoảng 2 phút. Vì bộ lọc được làm bằng thủy tinh, nên các kỹ sư thường sử dụng những đĩa kim loại giả có cùng trọng lượng khi tiến hành lắp thử.
Sau khi những máy dò đã được lắp đặt, cùng với một vài tấm panel cuối trên phần thân, kỹ sư sẽ hướng máy xuống dưới đất và di chuyển qua lại để kiểm tra hoạt động trong môi trường tối. Chiếc máy ảnh không chỉ kỳ công ở khâu sản xuất và lắp ráp, việc đưa nó đến điểm đón thành công cũng là một hành trình dài.
Chiếc máy ảnh dự kiến được vận chuyển đến Chile bằng máy bay. “Chúng tôi thực sự muốn tránh vận chuyển thêm bằng đường bộ. Mọi thứ sẽ đảm bảo hơn khi chiếc máy ảnh của chúng tôi được đặt trong máy bay thuê riêng với tất cả phụ tùng đặt trong phòng sạch”, Margaux Lopez, một kỹ sư tại SLAC, cho biết.
Nếu không có gì thay đổi, chiếc máy ảnh sẽ sớm hợp nhất vào phần kính viễn võng và cùng nhau tạo nên những kiệt tác bầu trời vào năm 2024.
>> Tại sao kính thiên văn 10 tỷ USD của NASA lại mạ vàng lên gương?
Nguồn: Spectrum
Nếu mọi thứ suôn sẻ, chiếc máy ảnh sẽ trở thành trái tim cho Đài quan sát Vera C. Rubin trong tương lai ở Chile. Đây chính là thành quả sau 7 năm của đội ngũ kỹ sư của Phòng thí nghiệm Máy gia tốc Quốc gia SLAC ở Menlo Park, vịnh San Francisco, California. Kế hoạch đưa nó vào đài quan sát Vera C. Rubin - hiện đang trong giai đoạn xây dựng trên sa mạc cao nguyên phía bắc Chile - dự kiến diễn ra vào tháng 5/2023.
Ống kính siêu to khổng lồ
Việc chế tạo một chiếc máy ảnh phức tạp như thế này đòi hỏi sự kiên nhẫn, hàng loạt bài kiểm tra và kỹ thuật tỉ mỉ. “Chúng tôi đang ở giai đoạn lắp ráp hoàn thiện mọi thành phần trong máy”, Hannah Pollek, kỹ sư tại SLAC cho biết.Mọi máy ảnh đều cần ống kính, ngay cả người khổng lồ này cũng vậy. Được sở hữu bởi chiếc máy ảnh lớn nhất thế giới nên ống kính của nó cũng phải là loại lớn nhất, với chiều ngang lên đến 1,57 mét (máy ảnh thông thường chỉ có đường kính dưới 90 mm), kích thước khủng như vậy đã giúp nó có ngay một kỷ lục Guinness. Sau khi được lắp đặt, chiếc máy ảnh sẽ hứng ánh sáng phản chiếu thông qua bộ 3 gương cũng được chế tạo đặc biệt.
Cách thức vận hành
Khi hoạt động, kính thiên văn sẽ hướng vào một mảnh bầu trời, ngang 3,5 độ, nói dễ hiểu hơn là gấp 7 lần chiều rộng của mặt trăng tròn. Chiếc máy ảnh phải chụp 2 lần phơi sáng, liên tiếp nhau, xấp xỉ 15 giây mỗi lần - được đánh dấu bằng cách quét qua một cửa trập khổng lồ. Sau đó, kính viễn vọng sẽ di chuyển đến mảnh tiếp theo, cứ thế lặp đi lặp lại trong nhiều năm nhằm khảo sát trọn vẹn bầu trời phía nam Chile.Đằng sau ống kính là các máy dò, được tạo thành từ nhiều cảm biến CCD - đây là loại cảm biến giúp chuyển đổi hình ảnh quang học sang tín hiệu điện, phổ biến trong ngành thiên văn học. Khi tháo nắp ống kính ra có thể nhìn thấy máy dò dưới dạng lưới ô vuông màu xanh bạc, màu sắc khác nhau là do máy ảnh có hai nhà cung cấp riêng biệt. Cùng nhau, chúng có thể tạo ra hình ảnh có kích thước lên tới 3,2 gigapixels.
Các máy ảnh ngày nay thường chụp hình ảnh đo bằng megapixel (tương đương 1 triệu pixel), cho ra hình ảnh có độ phân giải từ khoảng 8-40 megapixels. 1 gigapixel tương đương với 1 ngàn megapixel hay bằng 1 tỷ pixel, và 3,2 Gigapixels tương đương với hơn 3 tỷ pixel. Thông số ấn tượng trên giúp chiếc máy ảnh có thể thâu tóm những chi tiết ảnh mà mắt thường không thể thấy được, khi cần có thể phóng to để kiểm tra mà không mất đi độ rõ ràng và sắc nét của hình ảnh.
Để có thể thực hiện những cú chụp liên tục, bộ phận máy dò cần được làm lạnh. Đó là lý do đội ngũ thiết kế lắp đặt một bó ống đằng sau máy ảnh, một vài ống là cho phần dữ liệu và năng lượng, nhưng đa số là ống nước cho hệ thống làm lạnh của máy dò. Chúng giúp bộ phận điều nhiệt có thể giảm nhiệt độ máy xuống khoảng -100 độ C, mức nhiệt mà có thể loại bỏ nhiều loại tiếng ồn gây ảnh hưởng đến CCD.
Máy dò không phải bộ phận duy nhất cần làm lạnh. Linh kiện điện tử mặt sau của máy ảnh thậm chí còn tạo ra mức nhiệt lên đến 1100 W, kỹ sư phải dùng chất lỏng làm lạnh bơm xuyên qua hệ thống. Mặc dù nó không cần đến bộ điều chỉnh nhiệt độ, nhưng các kiến trúc sư vẫn đang đau đầu để nghĩ ra giải pháp tối ưu. Gần đây, họ buộc phải đổi loại chất lỏng đang dùng, đồng nghĩa phải thay thế hoàn toàn hệ thống bơm.
Ngoài ra, chiếc máy ảnh vẫn còn một số bộ phận quan trọng khác cần lắp ráp, điển hình như bộ lọc. Đối với kính thiên văn, chìa khóa quyết định vận hành thành công là các bộ lọc phải vừa với ống kính. Có tổng cộng 6 bộ lọc, mỗi cái được thiết kế để chỉ cho một bước sóng ánh sáng nhất định đi qua (chẳng hạn như tia cực tím hoặc tia cận hồng ngoại). 6 bộ lọc là sản phẩm của Massachusetts và Provence, Pháp, sau đó được chuyển đến phòng sạch tại California.
Chỉ có 5 cái được lắp đặt vào ống kính, cái còn lại sẽ được lưu giữ để thay thế. Quá trình lắp một bộ lọc vào giữa ống kính và máy dò tốn khoảng 2 phút. Vì bộ lọc được làm bằng thủy tinh, nên các kỹ sư thường sử dụng những đĩa kim loại giả có cùng trọng lượng khi tiến hành lắp thử.
Sau khi những máy dò đã được lắp đặt, cùng với một vài tấm panel cuối trên phần thân, kỹ sư sẽ hướng máy xuống dưới đất và di chuyển qua lại để kiểm tra hoạt động trong môi trường tối. Chiếc máy ảnh không chỉ kỳ công ở khâu sản xuất và lắp ráp, việc đưa nó đến điểm đón thành công cũng là một hành trình dài.
Hành trình dài đến Chile
Những tờ hướng dẫn kỹ thuật bằng tiếng Anh phải được viết lại bằng tiếng Tây Ban Nha cho những kĩ sư người Chile. Phần ống kính và thấu kính phải được tháo ra. Máy ảnh sẽ phải được gắn trong thùng vận chuyển và được kẹp bên trong các khung được thiết kế đặc biệt để chống va đập, đồng thời giữ máy ảnh ổn định trong môi trường lực lên đến 2gs (đơn vị đo thông lượng tử).Chiếc máy ảnh dự kiến được vận chuyển đến Chile bằng máy bay. “Chúng tôi thực sự muốn tránh vận chuyển thêm bằng đường bộ. Mọi thứ sẽ đảm bảo hơn khi chiếc máy ảnh của chúng tôi được đặt trong máy bay thuê riêng với tất cả phụ tùng đặt trong phòng sạch”, Margaux Lopez, một kỹ sư tại SLAC, cho biết.
Nếu không có gì thay đổi, chiếc máy ảnh sẽ sớm hợp nhất vào phần kính viễn võng và cùng nhau tạo nên những kiệt tác bầu trời vào năm 2024.
>> Tại sao kính thiên văn 10 tỷ USD của NASA lại mạ vàng lên gương?
Nguồn: Spectrum
